В 1905 году Альберт Эйнштейн, тогда ещё никому не известный патентный клерк из Берна, отправил в немецкий журнал Annalen der Physik статью под названием "К электродинамике движущихся тел". В ней он предложил нечто, что навсегда изменит наше понимание времени, пространства и самого устройства мира. Эта идея стала основой специальной теории относительности — одной из главных вех в истории науки.
Давайте разберёмся, что же такого революционного он предложил и почему без его идей сегодня не работают ни GPS, ни спутники.
Что такое теория относительности?
Представьте, что вы сидите в поезде, который едет со скоростью 100 км/ч. Для вас внутри всё кажется обычным: если вы подбросите мячик, он упадёт прямо в вашу руку. Но для человека на перроне мячик движется не только вверх-вниз, но и вперёд вместе с поездом.
Это и есть относительность — движение выглядит по-разному в зависимости от того, где находится наблюдатель.
Но Эйнштейн пошёл дальше. Он сказал: "А что если скорость света всегда постоянна, как бы быстро ты ни двигался?"
Скорость света — универсальный "спидометр" Вселенной
Раньше учёные думали, что свет — это волна, которая распространяется в некой невидимой среде, "эфире". Но эксперименты показали: скорость света всегда одинакова (примерно 300 000 км/с), даже если ты летишь на ракете навстречу световому лучу.
Это как если бы вы гнали на машине со скоростью 200 км/ч навстречу другой машине, которая тоже едет 200 км/ч. Логично ожидать, что относительно вас вторая машина приближается со скоростью 400 км/ч. Но со светом так не работает!
Эйнштейн понял: если скорость света неизменна, значит, время и пространство должны "подстраиваться", чтобы это правило выполнялось.
Время течёт по-разному
Один из самых странных выводов теории относительности — замедление времени. Если вы летите в космическом корабле почти со скоростью света, для вас время идёт нормально, а для людей на Земле — медленнее.
Это не фантастика. Учёные проверили: если поставить сверхточные часы на самолёт и отправить его в полёт, после посадки они будут отставать от таких же часов на Земле. Правда, на доли секунды.
Фильм "Интерстеллар" широко использует концепции общей теории относительности, в частности, эффект гравитационного замедления времени.
А если один из близнецов улетит в космос на скорости, близкой к световой, и вернётся через 10 лет, для него пройдёт, скажем, 5 лет, а его брат на Земле постареет на все 10. Это парадокс близнецов — один из самых известных эффектов теории относительности.
Пространство тоже искривляется
Эйнштейн также обнаружил, что масса искривляет пространство-время. Чем больше объект, тем сильнее он "продавливает" пространство вокруг себя, как шар для боулинга на натянутой простыне.
Это объясняет, почему планеты вращаются вокруг Солнца: они просто "катятся" по искривлённому пространству, как шарик в воронке.
Если бы Солнце внезапно исчезло, Земля не сразу улетела бы в космос. Сначала мы бы ещё 8 минут видели свет (столько он идёт до нас), а потом почувствовали исчезновение гравитации — потому что пространство-время выпрямляется не мгновенно.
Почему это так важно?
Без теории относительности не работали бы:
-
GPS-навигация (спутники учитывают замедление времени из-за скорости и гравитации, иначе ошибка была бы в километры).
-
Ядерная энергетика (знаменитая формула E=mc² объясняет, как масса превращается в энергию).
-
Чёрные дыры (их существование предсказано именно теорией относительности).
Эйнштейн показал, что время, пространство и гравитация — части одной "ткани", которая может растягиваться, сжиматься и искривляться.
Кстати, свою Нобелевскую премию Эйнштейн получил не за теорию относительности (она казалась слишком странной), а за объяснение фотоэффекта. Но сегодня именно относительность считается его главным вкладом в науку.
